36. Структура и принцип действия биполярного транзистора
37. Биполярный транзистор. Схемы включения и их параметры
Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают npn и pnp транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный). В биполярном транзисторе, в отличие от полевого транзистора, используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки (от слова «би» — «два»). Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.
Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие коллектора — бо́льшая площадь p — n-перехода. Кроме того, для работы транзистора абсолютно необходима малая толщина базы. Схемы включения: Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:
Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх
Схема включения с общей базой
Усилитель с общей базой.
Среди всех трех конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1]
Входное сопротивление Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ.
Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и не превышает 100 Ом для маломощных транзисторов, так как входная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.
Достоинства:
Хорошие температурные и частотные свойства.
Высокое допустимое напряжение
Недостатки схемы с общей базой :
Малое усиление по току, так как α < 1
Малое входное сопротивление
Два разных источника напряжения для питания.
Схема включения с общим эмиттером
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1]
Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб
Достоинства:
Большой коэффициент усиления по току
Большой коэффициент усиления по напряжению
Наибольшее усиление мощности
Можно обойтись одним источником питания
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
Недостатки:
Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой
Схема с общим коллектором
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1]
Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб
Достоинства:
Большое входное сопротивление
Малое выходное сопротивление
Недостатки:
Коэффициент усиления по напряжению меньше 1.
Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем» Параметры:
Коэффициент передачи по току
Входное сопротивление
Выходная проводимость
Обратный ток коллектор-эмиттер
Время включения
Предельная частота коэффициента передачи тока базы
Обратный ток коллектора
Максимально допустимый ток
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером
Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, не зависимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:
коэффициент усиления по току α;
сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:
rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
rб — поперечное сопротивление базы.
Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».